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Die Erfindung betrifft ein Wärmegewinnungssystem, insbesondere einen thermischen Solarkollektor, mit zumindest einem mit einem Absorberelement verbundenen Wärmerohr (bzw. einer Heatpipe), das zum Anschluss an einen Wärmetauscher, der selbst nicht zur Erfindung gehört, ausgebildet ist.
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Wärmegewinnungssysteme in Form von thermischen Solarkollektoren bieten eine praktikable und technisch ausgereifte Möglichkeit, regenerative Energien (hier: Solarstrahlung) insbesondere für Privathaushalte zu nutzen.
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Die
DE 20 2009 017 830 U1 zeigt ein Wärmegewinnungssystem dieser Art mit einer Vielzahl von mit einem Absorberelement verbundenen Wärmerohren (Heatpipes). Solarstrahlung trifft auf das Absorberelement und wird in Wärmeenergie konvertiert. Die Wärmerohre transportieren die Wärmeenergie zu einem Wärmetauscher, welcher die Wärmeenergie an einen Heizkreislauf abgibt. Hierbei sind Wärmerohre und Absorberelement in einem plattenförmigen und mit Dämmmaterial ausgekleideten Gehäuse angeordnet, dessen Länge in etwa das Ein- bis Zweifache seiner Breite beträgt.
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Bei Wintergärten oder anderen Gebäuden mit hohem Anteil transparenter Bauteile ist die Installation derartiger Wärmegewinnungssysteme problematisch, da diese vergleichsweise sperrigen Systeme zu Sichteinschränkungen oder Schattenwurf führen.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein effizientes Wärmegewinnungssystem der eingangs beschriebenen Art zu entwickeln, welches die vorgenannten Nachteile vermeidet.
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Diese Aufgabe wird in Verbindung mit dem Oberbegriff des Anspruchs 1 erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Wärmerohr in einem Gehäuse angeordnet ist, das einen Teil der Tragstruktur eines Gebäudes ausbildet.
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Das erfindungsgemäße Wärmegewinnungssystem kann somit in den die Tragstruktur bildenden Stützen, Trägern und/oder Dachsparren integriert werden, die in der Regel intransparent sind. Dadurch wird die Nutzung regenerativer Energien im Bereich von Wintergärten ohne gestörte Durchsicht durch die transparenten Bereiche ermöglicht.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Gehäuse des Wärmerohrs Teil einer Tragstruktur, die in einem zumindest teilweise transparenten Gebäudebereich transparente Bauteile, insbesondere Verglasung, aufnimmt. Das Wärmegewinnungssystem kann auf und/oder in den für die Aufnahme der Verglasung vorgesehenen Gegenhalteprofilen, Blenden oder anderen Aufnahmestrukturen installiert werden, ohne dass dadurch die Durchsicht durch transparente Bereiche beeinträchtigt wird. Insbesondere können bestehende Aufnahmestrukturen einfach entfernt und durch solche mit integriertem Wärmegewinnungssystem ausgetauscht werden. Somit ist auch eine nachträgliche Installation des erfindungsgemäßen Wärmegewinnungssystems einfach und kostengünstig möglich.
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In einer weiteren, bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Gehäuse des Wärmerohrs zur Verbindung mit einem Dachsparren ausgelegt und/oder Teil eines Dachsparrens ist. Somit können die auf den Dachflächen günstigen Einstrahlungsverhältnisse genutzt werden, wodurch das Wärmegewinnungssystem eine höhere Leistung bereitstellen kann.
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Mit Vorteil ist das Gehäuse des Wärmerohrs form- und/oder kraftschlüssig mit einem darunter angeordneten Sparrenteil verbunden. Vorzugsweise weist das Gehäuse des Wärmerohrs hierbei zumindest eine Ausnehmung zur Aufnahme wenigstens eines Teils des Dachsparrens und/oder zumindest eine Ausbuchtung zum Eingreifen in wenigstens einen Teil des Dachsparrens auf. Dadurch ist das Wärmegewinnungssystem besonders stabil festgelegt und kann auch schwierigeren Witterungsbedingungen wie Stürmen standhalten.
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Vorzugsweise ist das form- und/oder kraftschlüssig mit einem Sparrenteil verbundene Gehäuse des Wärmerohrs zumindest teilweise, insbesondere vollständig, als Gegenhalteprofil einer Baugruppe zur Aufnahme transparenter Bauteile ausgebildet. Das im Bereich des Dachsparrens angeordnete Wärmegewinnungssystem kann somit näher an die Dachebene verlagert werden, wodurch eine Sichtbeeinträchtigung und der Schattenwurf minimiert wird.
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Bevorzugt ist das Wärmerohr in einem evakuierten Hohlraumbereich des Gehäuses angeordnet. Dadurch werden Wärmeverluste, insbesondere durch Konvektion, minimiert, so dass das Wärmegewinnungssystem eine größere Leistung bereitstellen kann.
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Zur Festlegung des Gehäuses des Wärmerohrs an der Tragstruktur eines Gebäudes ist gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass das Gehäuse des Wärmerohrs zumindest eine Aufnahme für Verbindungsmittel aufweist. Dadurch ist eine präzise Montage des Wärmegewinnungssystems möglich, die eine Durchsicht durch transparente Bereiche des Gebäudes gewährleistet, ohne beispielsweise das Gehäuse des Wärmerohrs durch Bohrungen zu beschädigen und ggf. den evakuierten Hohlraumbereich zu perforieren.
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Mit Vorteil weist das Wärmegewinnungssystem zumindest einen den Hohlraum insbesondere schräg durchsetzenden und vorzugsweise als Schraubkanal ausgebildeten Aufnahmekanal auf, durch den sich ein beispielsweise als Schraube ausgebildetes Verbindungsmittel bis in eine darunter liegende Tragstruktur erstreckt. Dabei ist mit schräg gemeint, dass in einer Perspektive in einer Längsrichtung des Dachsparrens der Winkel zwischen der Längsmittelachse des Aufnahmekanals und einer Vertikalen 40° bis zu knapp 90° beträgt. Ein derartiger Aufbau ermöglicht es, dass Aufnahmekanal und Verbindungsmittel den Eintritt von Solarstrahlung im oberen Bereich des Gehäuses nicht beeinträchtigen, wodurch das Wärmegewinnungssystem eine höhere Leistung bereitstellen kann. Ferner kann dadurch das Verbindungsmittel unterhalb des insbesondere flächigen Absorberelements geführt werden, welches mit seiner Oberseite zum oberen Bereich des Gehäuses gewandt ist, so dass das Absorberelement vollflächig bestrahlt werden kann.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Oberseite des Gehäuses des Wärmerohrs witterungsableitend gerundet ausgebildet ist. Insbesondere ist der Querschnitt des Gehäuses aus einer Perspektive in Längsrichtung des Wärmerohrs abgerundet, wobei ein über dem Wärmerohr angeordneter Bereich der Gehäuseoberseite einen vorzugsweise größeren Krümmungsradius aufweist als ein zu den Seiten hin verlaufender Bereich der Gehäuseoberseite. Hierbei ist die Oberseite ausgehend von einem zentralen, über dem Wärmerohr liegenden Bereich zu den Seiten hin abfallend ausgebildet. Durch diese Form ist das Gehäuse beständiger gegenüber Hageleinschlägen und leitet zudem Regen günstiger ab.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung erstreckt sich das Gehäuse des Wärmerohrs entlang eines Dachsparrens, wobei die Oberseite des Gehäuses zu einem Traufprofil hin abflacht. Dadurch kann Regenwasser, das auf das Gehäuse des Wärmerohrs fällt, günstig in eine im Bereich des Traufprofils angebaute Regenrinne geleitet werden, so dass es zu keinen Überschwemmungen kommt.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Unterseite des Gehäuses des Wärmerohrs im Wesentlichen flach ausgebildet ist. Als „im Wesentlichen flach“ wird hierbei flach bis auf etwaige Ausnehmungen bzw. Ausbuchtungen zur form- und/oder kraftschlüssigen Verbindung mit einem Sparrenteil bezeichnet. Dadurch kann das Wärmegewinnungssystem stabil an einem Teil der Tragstruktur montiert werden und transparente und insbesondere flache Bauteile optimal aufnehmen.
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Mit Vorteil weist die Unterseite des Gehäuses des Wärmerohrs zumindest ein Aufnahmeprofil für ein Dichtelement auf. Dadurch bildet das mit einem oder mehreren Dichtelementen versehene Wärmegewinnungssystem in dem Bereich, in dem es montiert wird, einen abgedichteten Witterungsschutz aus. Vorzugsweise ist das Dichtelement für die Aufnahme von insbesondere als Verglasung ausgebildeten transparenten Bauteilen vorgesehen.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Oberseite des Gehäuses des Wärmerohrs zumindest teilweise aus lichtdurchlässigem Kunststoff besteht. Kunststoffe sind kostengünstig, korrosionsbeständig und einfach in den gewünschten Formen herstellbar, wodurch das gesamte Wärmegewinnungssystem kostengünstiger ist.
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Mit Vorteil weist die Oberseite des Gehäuses des Wärmerohrs einen Lichttransmissionsgrad von 0,7 bis 0,95, bevorzugt 0,8 bis 0,95, besonders bevorzugt 0,9, im UV-Bereich von 50 nm bis 400 nm, bevorzugt 80 nm bis 375 nm, auf. Solche Lichttransmissionswerte ermöglichen eine besonders günstige Zufuhr von Solarstrahlung in das Wärmegewinnungssystem, wodurch es eine höhere Leistung bereitstellen kann.
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Besonders bevorzugt weist das Gehäuse des Wärmerohrs zumindest teilweise, insbesondere sein Oberteil und ggf. das Wärmerohr haltende Bereiche, eine Temperaturbeständigkeit bis mindestens 150°C, insbesondere bis 200 °C, auf. Ein derart ausgebildetes Gehäuse kann den regelmäßig auftretenden Betriebstemperaturen standhalten, wodurch das Wärmegewinnungssystem auf Dauer beständig bleibt. Insbesondere ist das Gehäuse vollständig bis mindestens 150°C, insbesondere bis 200 °C, temperaturbeständig ausgebildet.
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In einer weiteren Ausgestaltungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Gehäuse des Wärmerohrs gegenüber einem Differenzdruck zwischen dem Hohlraumbereich bzw. dem Inneren des Gehäuses und der Umgebung von mindestens 950 mbar, bevorzugt sogar mindestens 1005 mbar, widerstandsfähig ausgebildet ist. Nimmt man einen Normaldruck der Umgebung von etwa 1015 mbar an, hält das Gehäuse somit auch einem Unterdruck bzw. absoluten Druck im Hohlraumbereich des Gehäuses von 50 mbar, insbesondere 10 mbar, stand. Das Wärmegewinnungssystem kann somit auf Dauer unter Vakuum betrieben werden, wodurch Wärmeverluste insbesondere durch Konvektion vermieden werden. Vorzugsweise wird der absolute Druck im Hohlraumbereich bzw. im Inneren des Gehäuses dabei so klein wie möglich eingestellt.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten sind der nachfolgenden Figurenbeschreibung zu entnehmen. In den schematisch dargestellten Figuren zeigen:
- 1 eine Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Gegenstands in einer Montageposition,
- 2 einen Teilschnitt des Gegenstands aus 1,
- 3 eine Seitenansicht des Gegenstands aus 2.
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Gleich oder ähnlich wirkende Teile sind - sofern dienlich - mit identischen Bezugsziffern versehen. Einzelne technische Merkmale des nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiels können auch mit den Merkmalen eines unabhängigen Anspruchs zu erfindungsgemäßen Weiterbildungen führen.
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1 zeigt das erfindungsgemäße Wärmegewinnungssystem 2 in einer Montageposition an einem Dachsparren 4. Das Wärmegewinnungssystem 2 umfasst dabei ein Wärmerohr 6 (Heatpipe), das mit einem Absorberelement 8 verbunden ist. Das Wärmerohr 6 ist mit einem Ende an einen Wärmetauscher 10 angeschlossen, der selbst nicht zur Erfindung gehört, und in einem evakuierten Hohlraumbereich 16 eines Gehäuses 12 angeordnet. Das Gehäuse 12 ist mit dem darunter liegenden Dachsparren 4 verbunden und bildet mit diesem eine Baugruppe zur Aufnahme transparenter Bauteile 14, beispielsweise von Glasscheiben.
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Das Wärmegewinnungssystem 2 umfasst einen den Hohlraum 16 schräg durchsetzenden Aufnahmekanal 18, der beispielsweise als Schraubkanal vorgesehen ist, wobei der Winkel α zwischen der Längsmittelachse L des Aufnahmekanals 18 und einer Vertikalen V bei der dargestellten Ausführungsform etwa 70 ° beträgt. Durch den Aufnahmekanal 18 erstreckt sich ein vorzugsweise als Schraube ausgebildetes Verbindungsmittel 20 bis in einen Fortsatz 22 des darunterliegenden Dachsparrens 4. Das Gehäuse 12 weist ferner in einem unteren Bereich eine Ausnehmung 24 zur Aufnahme des Fortsatzes 22 auf, wodurch eine Verschiebung in eine von den Ebenen der transparenten Bauteile 14 gebildeten Dachebene verhindert wird.
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2 zeigt das Gehäuse 12 mit darin angeordnetem Wärmerohr 6. Die Oberseite des Absorberelements 8 ist dabei dem oberen Bereich des Gehäuses 12 zugewandt.
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Die Oberseite des Gehäuses 12 ist witterungsableitend gerundet ausgebildet, wobei ein über dem Wärmerohr 6 angeordneter Bereich der Gehäuseoberseite einen größeren Krümmungsradius aufweist als ein zu den Seiten hin verlaufender Bereich der Gehäuseoberseite. Durch diese Form ist das Gehäuse 12 beständiger gegenüber Hageleinschlägen und leitet zudem Regen günstiger ab.
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Die Unterseite des Gehäuses 12 ist im Wesentlichen - bis auf die Ausnehmung 24 - flach ausgebildet, wodurch das Wärmegewinnungssystem 2 stabil an einem Teil der Tragstruktur montiert werden kann und sich besonders gut zur Aufnahme flacher Bauteile 14 eignet.
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Die Unterseite des Gehäuses 12 weist zwei Aufnahmeprofile 26 für Dichtelemente 28 auf, wodurch das Wärmegewinnungssystem 2 in diesem Bereich einen abdichtenden Witterungsschutz ausbildet.
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3 zeigt eine Seitenansicht des Gehäuses 12, das hier zur Verdeutlichung seiner Form nicht transparent dargestellt ist. Seine einem Traufprofil zugewandte Vorderseite 30 ist abgeflacht, wodurch Regenwasser, das auf das Gehäuse 12 fällt, günstig in eine im Bereich des Traufprofils angebaute Regenrinne geleitet werden kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202009017830 U1 [0003]
